大型LNG 储罐安全距离计算标准对比分析

侯军

广东阳江海陵湾液化天然气有限责任公司 （广东 阳江 529500）

近年来， 国家出台了一系列举措促进天然气产业发展。 2017 年6 月23 日，国家发改委发布《加快推进天然气利用的意见》，明确提出要逐步将天然气培育成为我国现代能源体系的主体能源；2018 年9月5 日，国务院发布《国务院关于促进天然气协调稳定发展的若干意见》，再次明确要加快天然气开发利用，促进协调稳定发展。 LNG 接收站作为LNG 进口的关键设施， 在促进天然气配置和利用上发挥着重要作用。截至2018 年底，我国已建成投产的LNG 接收站达20 座，且尚有40 余座LNG 接收站处于在建或筹建阶段，未来几年我国LNG 接收站仍将处于高速发展期。 LNG 接收站的高速发展，意味着将要建设大量LNG 储罐。 LNG 储罐安全距离计算是LNG接收站设计的重要环节。为确保LNG 接收站内大型LNG 储罐的运行管理安全，有必要对大型LNG 储罐安全距离计算标准进行分析。

1 LNG 储罐安全距离计算相关标准

我国关于LNG 储罐安全距离的标准主要有GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》、GB/T 22724—2008 《液化天然气设备与安装 陆上装置设计》、GB/T 20368—2012《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》。①GB 50183—2004 于2005 年3 月1 日起实施，该标准在2015 年进行了修订，并在2016 年3 月1 日由住房和城乡建设部宣布实施,但后来考虑到执行存在较大困难而暂缓实施，因此GB 50183—2004 仍为现行标准[1-2]。②GB/T 22724—2008 使用重新起草法，修改采用欧洲标准EN 1473—1997《液化天然气设备与安装 陆上装置设计》， 截至目前，EN 1473 已进行了2 次修订， 现行标准为EN 1473—2016[3-5]。 ③GB/T 20368—2012 使用重新起草法，修改采用美国防火协会标准NFPA 59A—2009 《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》，截至目前，NFPA 59A 已进行3 次修订， 现行标准为NFPA 59A—2019[6-8]。

2 标准对比

鉴于大型、低压LNG 储罐已在世界各国广泛应用,仅对内承压低于100 kPa，且储存容量大于3 000 m3的LNG 储罐安全距离进行探讨。 考虑到GB 50183—2004 对大型LNG 储罐安全距离的计算要求是根据NFPA 59A—2001 和49CFR 193 《LNG 设施：联邦安全标准》编制的，与GB/T 20368—2012 基本一致， 因此不对GB/T 20368—2012 进行探讨[1,6]。主要从LNG 储罐间距、LNG 储罐与周边建（构）筑物的距离、 隔热距离、 扩散隔离区4 个方面对GB 50183—2004、GB/T 22724—2008 这两个标准进行对比分析。

2.1 LNG 储罐间距要求

GB 50183—2004 规定，对于地上LNG 储罐，当储罐单罐容量大于265 m3时，储罐之间的最小距离为相邻储罐直径之和的1/4（最小为1.5 m），与NFPA 59A—2019 对大型LNG 储罐最小间距的要求一致[1,8]。 GB/T 22724—2008 规定，无需考虑塌陷的两个相邻储罐之间的最小距离为较大储罐的次容器半径，该标准明确指出全容、薄膜、低温混凝土式预应力混凝土（包括混凝土顶）储罐为无需考虑塌陷的储罐类型[3]。 不难得知：如相邻储罐规格大小一致， 则这两个标准对储罐之间的最小距离要求也相同；如相邻储罐规格大小不同，则按GB/T 22724—2008 要求算得的储罐之间的最小距离相对较大。

目前， 国内已建成LNG 接收站的主要LNG 储罐规格大小不一，小到2×104m3，大到20×104m3。2×104m3LNG 储 罐 外 罐 直 径 约 为40 m，20×104m3LNG 储罐外罐直径达88 m。 如果这两种规格的LNG 储罐相邻布置， 按GB 50183—2004 要求算得的最小距离为32 m， 而按GB/T 22724—2008 要求算得的最小距离为44 m，最小距离差值达12 m。 可见，执行的标准不同，对储罐区布置影响较大。

2.2 LNG 储罐与周边建（构）筑物距离要求

1）GB 50183—2004 规定，对于容量大于265 m3的LNG 储罐，储罐排放系统至建筑物或建筑界限的最小距离为容器直径的0.7 倍，但不小于30 m。 该标准还规定， 当LNG 储存总容量大于或等于3×104m3时，接收站与居住区、公共福利设施安全距离应大于500 m。 此外， 该标准还要求在事故状态下对LNG 储罐热辐射和蒸气云扩散后果进行计算，对安全间距进行校核， 并给出了相关边际条件和判定结果[1]。

相比较而言，GB 50183—2004 对LNG 储罐与周边建（构）筑物的距离要求更为明确；但GB/T 22724—2008 对情景计算的类型划分更细， 要求用定量风险评价方法，从量化风险的角度，评价LNG储罐事故状态下对周边环境影响的风险可接受程度，尽量保障生命、财产安全。 杨晓明、郭宗华等[9-10]通过计算分析得到，GB 50183—2004 给出的距离要求严于GB/T 22724—2008、NFPA 59A—2009。

2.3 隔热距离要求

2.3.1 LNG 火灾辐射计算模型

GB 50183—2004 规定：围堰和集液池与室外活动场所、建（构）筑物的隔热距离（操作设施除外）可按国际公认的LNG 燃烧热辐射计算模型（即美国天然气研究协会GRI 0176 报告中所描述的 “LNG 火灾辐射模型”）确定，也可使用管理部门认可的其他方法计算确定。 GB/T 22724—2008 则规定：LNG 火灾的辐射值应采用合适有效的模型计算， 模型需参考GB/T 19204—2003 附录A 中列出的参考文献建立。 相较而言，GB 50183—2004 更明确地指出了计算模型，便于设计者使用。

2.3.2 区域、设备热辐射要求

对于不同区域、设备所允许的最大热辐射要求，GB 50183—2004 与GB/T 22724—2008 的规定存在较大差异。 GB 50183—2004、GB/T 22724—2008 对不同区域热辐射的要求分别见表1、表2。

GB 50183—2004 明确规定了在特定条件下室外活动场所、建（构）筑物所允许接收的最大热辐射量。 GB/T 22724—2008 并未对天气条件进行限定，但其将火灾类型细分为池火与喷射火焰， 将区域划分为站场内与站场外，并在此基础上对区域、设备进行了分类，明确了不同区域、设备允许的最大热辐射量。 相较而言，GB/T 22724—2008 对区域的划分更为细化，更具有可操作性。

表1 GB 50183—2004 对LNG 站场区域允许最大热辐射的要求[1]

表2 GB/T 22724—2008 对LNG 站场区域/设备允许最大热辐射的要求[3]

2.4 扩散隔离区要求

1）蒸气云扩散计算模型。 GB 50183—2004 规定， 扩散隔离区的边界应按国际公认的高浓度气体扩散模型 （实际指的是美国天然气研究协会GRI 0242 报告中所描述的 “DEGADIS 高浓度气体扩散模型”）进行计算，也可使用管理部门认可的其他方法计算确定。 GB/T 22724—2008 则规定，LNG 蒸气扩散应采用合适有效的模型计算， 并未明确指出使用何种模型。 相较而言，GB 50183—2004 更明确地指出了计算模型，更便于设计者使用，但考虑到蒸气扩散的复杂性， 计算模型需根据最新研究成果进行更新，使其更贴合实际。

2）扩散隔离区边界。 GB 50183—2004 规定，扩散隔离区边界的空气中甲烷气体平均浓度不应超过2.5%[1]。GB/T 22724—2008 要求，扩散模型能确定天然气的浓度分布及到燃烧下限的距离[3]。 天然气的燃烧极限为5%～15%，由此可知：GB/T 22724—2008要求模型能计算天然气浓度为5%时， 蒸气云扩散的距离，该区域范围内需采取措施避免产生火源，以避免事故状态下导致爆炸。两个标准的侧重点不同，GB 50183—2004 明确指出了对扩散隔离区边界甲烷浓度的要求，便于站场及场区外有关设施的布置；GB/T 22724—2008 则从防止发生爆炸的角度出发，要求明确燃烧下限下蒸气云的扩散距离， 为防爆设计提供依据。

金属液流的破碎效果和五花戒指流体动能呈正比，流体的动能可以用其雾化气流流速Vg一和气体质量流量Gg两个参数描述。根据气体动能公式：

3）设计泄漏量。 对于大型LNG 储罐而言，其出入口均在储罐顶部，根据GB 50183—2004 规定，其设计泄漏量为一条管道连续输送10 min 的最大流量[1]；GB/T 22724—2008 并未对设计泄漏量予以明确。

3 标准执行及修订建议

3.1 标准执行建议

GB 50183—2004 为我国油气行业的强制性标准，其对LNG 储罐安全距离的要求必须执行。 GB/T 22724—2008 为我国LNG 领域推荐性标准，可参考执行。 在大型LNG 储罐安全距离计算时，需在严格执行GB 50183—2004 的同时， 结合GB/T 22724—2008 有关要求加以校核， 确保LNG 接收站储罐安全距离合理。 具体建议如下：

1）针对LNG 储罐最小间距，GB/T 22724—2008未考虑较小LNG 储罐的直径大小， 要求相对更高。考虑到国内外大多LNG 接收站均采用1/4 相邻储罐直径之和进行设计， 且多年运行经验表明并不存在安全问题，建议按GB 50183—2004 执行即可。

2）针对LNG 储罐与周边建（构）筑物的距离要求，GB 50183—2004 与GB/T 22724—2008 存在 较大差异。 考虑到GB 50183—2004 给出的距离要求严于GB/T 22724—2008、NFPA 59A—2009，建议按GB 50183—2004 执行即可。

3）针对隔热距离，建议先按GB 50183—2004有关要求进行计算； 再基于事故场景， 依据GB/T 22724—2008 有关要求进行计算。 最终选取两者中较大值作为隔热距离，在设计中予以考虑。

4）针对扩散隔离区要求，建议依据GB 50183—2004 要求的模型，以罐顶单条管道连续输送10 min的最大流量为设计泄漏量， 既要算出扩散区隔离边界，还要确定燃烧下限下蒸气云的扩散距离，在设计中予以统筹考虑。

3.2 标准修订建议

按照惯例，国家标准通常每5 年修编一次。截至目 前，GB 50183—2004 已 实 施 超 过14 年，GB/T 22724—2008 也已实施近10 年，两个标准关于LNG储罐安全距离的规定已不能很好地满足实际需求，均需尽快进行修订。 具体修订建议如下：

1）对标NFPA 59A—2019、EN 1473—2016，核实GB 50183—2004 中对LNG 储罐与周边建构筑物的距离要求，避免标准要求过严导致无法实施。 GB 50183—2015 先后经历了颁布实施、推迟实施、暂缓实施等过程，主要原因在于其部分条款要求过高，很多企业无法满足其要求。 因此，有必要对LNG 储罐与周边建（构）筑物的距离要求进行论证、修改。

2）GB 50183—2004 对不同区域、设备所允许的最大热辐射的要求未区分站场内与站场外， 且区域划分不够细， 可操作性不够强， 需参考EN 1473—2016 进行修订。

3）GB 50183—2004 对扩散隔离区的要求需更明确， 要求利用该模型明确燃烧下限下蒸气云的扩散距离，以便在设计中统筹考虑防爆与隔离。

4）使用重新起草法，修改采用欧洲标准EN 1473—2016 《液化天然气设备与安装 陆上装置设计》，对GB/T 22724—2008 进行升版。

5）细化、完善对欧美、日本等国外先进标准规范的引用，注重转化标准条款的实用性与可操作性。